Sex differences in quantitative fundus parameters measured by artificial intelligence: a cross-sectional community study

人間の目はしばしば「魂の窓」と呼ばれますが、医師や研究者にとって、それは身体の他の部分への窓としてますます捉えられるようになっています。網膜は、目の奥にある光に敏感な層であり、医師が切開することなく血管や神経を直接見ることができる、体内でも唯一の場所です。これらの微細な構造は身体全体の健康状態に対して非常に敏感であるため、その形状や大きさの変化は、他の症状が現れるずっと前に、心臓、血圧、あるいは代謝の問題を知らせてくれることがあります。長年、科学者たちは人工知能を用いてこれらの特徴を極めて精密に測定し、目の単純な写真から数百もの特定の数値による詳細な地図を作り出してきました。しかし、一つの根本的な疑問がつきまとっていました。それは、「これらの地図は、その人が男性か女性かによって異なって見えるのか？」という問いです。男女では身体のサイズやホルモンのプロファイルが異なることは分かっていますが、目の構造のうち、どの程度がこれらの生物学的な違いによって形作られ、どの程度が糖尿病や高血圧といった他の健康状態によるものなのかは、これまで不明でした。こうした自然な差異を理解することは極めて重要です。もしコンピュータ・プログラムが疾患を見つけるために訓練されているのに、男性にとっての「正常な目」と女性にとっての「正常な目」の違いを知らなければ、健康な差異を病気の兆候と誤認してしまう可能性があるからです。

この疑問に答えるため、中国の贛州市にいる大規模な研究チームは、大規模なコミュニティ健康スクリーニング・プログラムに着目しました。彼らは21,000人以上のデータを収集し、32,000枚以上の高品質な網膜写真を集めました。目的は病んだ目を見つけることではなく、健康な男女間のベースラインとなる違いを理解することでした。研究チームは、EVisionAIと呼ばれる高度な人工知能システムを使用して、各画像を分析しました。人間の医師が画面を凝視する代わりに、このソフトウェアは、血管の幅から視神経乳頭の形状、さらには神経周囲の組織の密度に至るまで、49の異なる特徴を測定しました。研究者たちは、これらの測定値を男女間で比較しましたが、その際、年齢や、コレステロール値、腎機能、肝機能といった20種類の全身的な健康状態を慎重に調整しました。これは、見出された差異が単なる特定の疾患に関連したものではなく、真に性別に関連していることを確認するためです。

結果は、性別が目の構造における強力な要因であることを明らかにしました。年齢や健康状態を考慮した後でも、研究者たちは測定した49の特徴のうち41個において有意な差を発見しました。最も一貫した違いは見られたのは、視神経が目に入る領域である視神経乳頭でした。男性は、視神経乳頭がより水平方向に引き伸ばされ、円形に近く、また、乳頭のサイズに対する「カップ（神経の中心にある陥凹部）」が大きい傾向にありました。対照的に、女性の乳頭はわずかに垂直方向の傾向がありました。これらの違いは些細なものではありませんでした。それらは大多数の測定値において一貫していました。例えば、乳頭の垂直方向の高さと水平方向の幅の比率は、男性の方が著しく低く、乳頭の中心から端までの距離も異なっていました。

また、本研究は血管とその周囲の組織における明確なパターンも明らかにしました。男性は一般的に、動脈が平均して細いため、小動脈と静脈の比率が低い傾向にあります。また、男性は視神経のすぐ周囲の領域における血管密度は高いものの、鋭い中心視力を司る黄斑付近の網膜中央部における密度は低いことが示されました。さらに、視神経の周囲の組織（乳頭周囲萎縮として知られる）は、男性の方が大きく、より顕著でした。この領域は、時に神経の周りの白い輪のように見えることがありますが、男性の方が女性よりも高く、幅も広かったのです。興味深いことに、研究者たちは、これらの違いが20種類の健康状態を調整した後でも、大部分において変わらないことを発見しました。このことは、男女間の構造的な違いが生物学に深く根ざしたものであり、単に男性と女性で高血圧や糖尿病の発症率が異なることによる副次的な影響ではないことを示唆しています。

最も興味深い発見の一つは、男性にのみ影響する前立腺肥大症という疾患に関するものでした。研究者たちは、この疾患を持つ男性が、持たない男性と比較して異なる目の特徴を持っているかどうかを調査しました。その結果、前立腺肥大を持つ男性は、視神経の中心から端までの距離が短く、特定の領域における血管密度も低いことが分かりました。これは、男性集団の中であっても、特定の健康状態が目の景観を微妙に変化させ得ることを示唆しています。しかしながら、高血糖や腎臓の問題など、研究対象となった他の大多数の健康状態については、男女間の差異は安定したままでした。本研究は、これらの一般的な疾患が、男女間の自然な性的差異を消し去ったり、逆転させたりすることはないという結果を示しました。

これらの知見の明快さにもかかわらず、研究者たちは、現時点ではまだ言えないことについても注意深く述べています。本研究は特定の時点におけるスナップショットであったため、これらの違いが特定の健康状態を引き起こす原因であることや、眼球自体のサイズとは完全に独立していることを証明することはできません。平均して、男性は女性よりも眼球が長い傾向にあり、この物理的なサイズの違いが、視神経の形状や網膜組織の密度に影響を与えている可能性があります。すべての参加者の正確な眼軸長を測定していないため、本研究は、普遍的な生物学的ルールとしてではなく、この特定のグループに見られる姿として差異を記述しています。それにもかかわらず、この研究は極めて重要な参照マップを提供しています。それは、人工知能が緑内障などの眼疾患のスクリーニングや心血管リスクの評価に使用される際、何が男性にとっての正常であり、何が女性にとっての正常であるかを理解するために、プログラムを校正（キャリブレーション）しなければならないことを示しています。こうした自然な変動を無視することは、コンピュータが女性の目を想定しているために、健康な男性の目が異常であるとフラグを立てられてしまうような、誤診につながる恐れがあります。これらのベースラインとなる差異を確立することで、本研究は、眼科医療の未来が、それを可能にするテクノロジーと同様に、精密かつパーソナライズされたものになるよう貢献しています。